基于分子谱系地理学和生态因子研究大黄功效组分地理变异的形成机制

药用植物是植物资源的重要组成部分，在中医理论指导下，植物类药材多数具有多种功效，其功效组分含量和比例的地理变异是导致药材质量差异，引发中药疗效不稳定的重要原因之一。解析植物类药材功效组分的地理变异，阐明其地理变异的形成机制，对于实现特种功效专用药材的定向培育，从而确保中药疗效的稳定性，具有重要意义。.本项目在申请者博士后研究结果的基础上，以掌叶大黄大黄为材料，通过多点种源试验，系统解析其3种功效组分的地理变异格局，并综合运用分子谱系地理学和生态因子分析的研究方法，通过对叶绿体matK基因Haplotype和ITS的Ribotype的聚类与进化网络分析，结合不同种源点的生态因子分析结果，系统而深入的探索功效组分地理变异格局形成的基因流机制、自然选择机制和生态学机制。研究结果对于大黄栽培生产中选择适宜产地和优质种源，实现特种功效专用大黄的定向培育，保护大黄野生资源，均具有重要的理论和实践意义。

本研究针以唐古特大黄（Rheum tanguticum Maxim .ex Balf）和掌叶大黄（Rheum palmatum L.）两个基原为研究对象，针对不同地理种群和种源试验材料，基于高效液相色谱法（HPLC）解析不同地理种群大黄功效组分的地理变异格局，并且通过种源试验加以验证，同时基于分子谱系地理学和生态因子分析，综合分析大黄功效组分地理变异格局形成的基因流机制和生态学机制。结果表明：（1）掌叶大黄和唐古特大黄各类功效组分含量均存在显著的地理变异，其中，掌叶大黄表现为：低纬度、高海拔的环境有利于二蒽酮苷类的积累和形成；而高海拔环境有利唐古特大黄结合蒽醌类成分的积累与形成，低经度环境有利于其二蒽酮苷类及酚酸类成分的累积与形成。（2）大黄功效组分地理变异格局与大黄的分子谱系地理变异格局具有一定的相关性，其中，从matK序列分析来看，掌叶大黄单倍型RP2的的二蒽酮苷类及酚酸类组分含量较高，单倍型RP2、RP3的游离蒽醌及结合蒽醌含量较高；从ITS序列分析来看，纯型序列P8的酚酸类、二蒽酮苷类及游离蒽醌类含量较高，纯型序列P5、P6、P7的大黄其游离蒽醌、结合蒽醌及总蒽醌含量均较高。而对于唐古特大黄而言，从matK序列分析来看，单倍型RT1的4类功效组分含量均高，ITS纯型序列T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10的4类功效组分含量均高。（3）从生态因子角度来看，蒸发量高的环境有利于大黄二蒽酮苷类组分的合成，年日照时数越多的环境越有利于结合蒽醌类及酚酸类组分的合成。有机质含量、氮含量、速效钾含量高，微量元素全且含量较高，偏碱性的土壤中比较适宜大黄各个功效组分的形成和积累。（4）从种源试验结果来看，在掌叶大黄种内，酚酸类成分主要受基因和环境的影响，而环境影响较大。其余3类组分均只受环境影响。在唐古特大黄种内，二蒽酮苷类受基因和环境的共同影响，其余3类组分只受环境影响。以上结果证实，大黄功效组分地理变异的基因机制表现为受父系与母系基因型共同影响，而生态环境机制表现为受经纬度、海拔、有机质等的影响。为了完善大黄功效组分定向培育技术体系，本研究还对唐古特大黄不同药用部位、采收期、加工方法等功效组分含量进行了分析，结果表明：综合种源选择、采收年限、干燥方法、选择适宜的药用部位可以实现特种功效专用大黄的定向培育。